膠圈密封在２０″螺紋套管中應用的重要意義與可行性分析

摘 要：20″螺紋套管是井身套管結構中的重要組成部分，錐螺紋密封性能是20″螺紋套管的一項重要技術指標。螺紋套管加工好后，需要通過水壓試驗來檢驗錐螺紋密封性能。膠圈密封的作用就是與錐螺紋共同作用，達中海油基到雙重密封，提高20″螺紋套管的密封性能指標。密封膠圈可以很容易地起到增強套管密封性能的作用，即使在錐螺紋加工精度因誤差影響沒有達到標準密封要求，而螺紋尺寸檢驗又難以確定其是否達到密封要求的情況下，仍然可以保證螺紋套管具有良好的密封性能。在生產上，可以降低生產成本，提高生產效率和套管產品合格率。

關鍵詞：井身套管結構；20″螺紋套管；錐螺紋密封性能及檢測；膠圈密封；套管產品合格率

1 20″螺紋套管錐螺紋密封的誤差因素和密封性能

從油管螺紋的牙型特點和密封機理來分析，錐度誤差、螺距誤差和牙型誤差等因素對20″油管螺紋連接密封性能都會產生不同程度的影響。

雖然錐度誤差在油管螺紋連接時的累積手緊間隙值中所占的比例較小，相應對密封性能的影響也較小。但由于錐度誤差造成連接緊密部位的位置發生變化，因而對油管螺紋連接的穩定性、可靠性及連接強度、連接應力的大小有很大影響。

雖然國標及API std 5B規定的牙型誤差只有兩項(牙型高度公差和牙型角公差)，而且從表面上看這兩項公差值都較大，但實際上油管螺紋加工時因工件裝夾和加工方法而引起的牙型形狀誤差及橫截面圓度誤差都應包含在內。而且油管螺紋是一種很特殊的連接螺紋，除牙側是主要工作面外，其牙頂與牙底也是工作面，并同樣對油管螺紋連接的密封性能產生重大影響。

從理論上分析，螺距誤差是影響油管螺紋密封性能的最主要因素，但在生產實踐中，由于油管螺紋的螺距誤差處于累積螺距公差狀態時的情況極少。因此，要從多方面采取相應措施，使油管螺紋的牙型誤差得到有效控制，讓工件的油管螺紋牙型最大程度地符合理想狀態，才是提高油管螺紋的加工質量，保證油管螺紋連接密封性能的最佳途徑。

在海洋石油鉆井作業中，廣泛應用20″套管作為井身套管結構的第二層套管。通常每根20″螺紋套管長約12米，兩端是錐度1：8的外螺紋，套管之間通過螺紋接箍相連。

錐螺紋密封性能是20″螺紋套管的一項重要技術指標。螺紋套管加工好后，需要進行產品尺寸質量檢驗，采用螺紋環規和塞規對油管螺紋進行綜合測量，其實質就是檢測油管螺紋的手緊緊密距，以保證油管與接箍機緊后，油管外螺紋的不完整螺紋部分不致露出或擰進太多。而最終判定油管螺紋是否連接緊密，并滿足使用要求的辦法，目前是進行靜水壓試驗來檢驗錐螺紋密封性能，觀察螺紋連接處無水滲漏，穩壓符合設計要求，則錐螺紋密封性能良好，產品合格。

2 套管錐螺紋密封性能檢測難度大

20″螺紋套管錐螺紋加工難度較大，且加工必然存在一定的加工誤差，螺紋錐度、螺紋中徑、螺紋牙型、加工光潔度，以及螺紋旋合長度等都會影響錐螺紋密封效果。

20″螺紋套管錐螺紋尺寸檢驗同樣具有一定的難度。螺紋錐度通常靠車床自身精度來保證；螺紋中徑通過螺紋塞規或環規近似測量；螺紋牙型利用成型刀具加工保證，并通過牙型樣板檢測。

由于套管錐螺紋尺寸檢驗方法的局限性，錐螺紋加工好后，很難通過尺寸檢驗直接確定其密封性能良好，因此需要對每條20″螺紋套管進行水壓試驗，水壓試驗合格，則密封性能良好；若水壓試驗不合格，則需要重新對該條螺紋套管進行質量檢驗，進行返修等工作，不但增加螺紋套管生產成本，還影響螺紋套管生產效率和產品一次加工合格率。

3 膠圈密封提高螺紋套管密封性能

膠圈密封的作用就是與錐螺紋共同作用，達到雙重密封，提高20″螺紋套管的密封性能指標。

密封膠圈可以很容易地起到增強套管密封性能的作用，即使在錐螺紋加工精度因誤差影響沒有達到標準密封要求，而螺紋尺寸檢驗又難以確定其是否達到密封要求的情況下，仍然可以保證螺紋套管具有良好的密封性能。

膠圈密封槽加工簡單，不影響套管材料的機械性能和套管接頭連接強度。密封膠圈制作簡單，成本低廉。螺紋套管安裝上密封膠圈后，不影響套管連接時的接合速度和接合方式，對裝配和使用沒有任何不利因素。

在20″螺紋套管的生產流水線作業中，如果生產過程能夠按照質量控制程序嚴格進行，套管質量穩定，增加膠圈密封后，可以通過設計計算和試驗驗證，確定螺紋套管的試壓抽檢率，而不必對螺紋套管100%進行水壓試驗。在生產上，可以降低生產成本，提高生產效率。同時，雙重密封也有效地保證了螺紋套管密封性能指標更容易實現，提高產品質量。